Геофизические исследования скважин (ГИС)

1. Введение

Геофизические исследования скважин (ГИС) - это методы геологической и
технической документации проходки скважин, основанные на изучении в них
различных геофизических полей. Термины- каротаж или промысловая, буровая
геофизика.
В более широком смысле ГИС - не только документация результатов бурения, с
радиусом обследования до 1 - 2 м, но и изучение околоскважинных пространств путем
исследования полей в скважинах, а также между ними и земной поверхностью при
дальности в десятки и сотни метров.
Геофизические методы исследования скважин предназначены для:
- изучения геологического разреза (выявления пластов разной литологии, определения
углов и азимутов их падения, выделения полезных ископаемых в разрезах, оценки
пористости, проницаемости, коллекторских свойств окружающих пород и их
возможной нефтегазоносной продуктивности).
- контроль технического состояния скважин (определение их диаметров, искривления,
наличия цемента в затрубном пространстве и др.), а также прострелочно-взрывные
работы в скважинах (отбор образцов из стенок, перфорация обсадных колонн).
- изучение физических свойства горных пород для интерпретации данных полевой
геофизики.
ГИС позволяет более эффективно организовывать разведку и эксплуатацию
месторождений. Они обеспечивают резкое сокращение отбора образцов при бурении
(керна), давая даже больше информации о разрезе, чем при сплошном отборе керна,
сокращая при этом стоимость и время бурения.

2. Введение

• Каротаж – запись вариаций измеряемых
физических характеристик с привязкой по
глубине.
• Извлечение керна неполное, часто отбирается
одна проба на 10 м.
• Помимо отбора керна иногда используются
стреляющие грунтоносы (выстрел в стенку
полой цилиндрической пулей).
• Выполняется отбор флюидов (опробование
пласта).
• Все это достаточно дорого и прорехи
информации заполняются каротажем.
- первый каротажный документ буровой
журнал, т.к. скорость бурения зависит от
состава пород.

3. Введение

• При геофизических исследованиях скважин используются те же методы и те
же поля, что и в полевых геофизических методах (гравимагнитные,
электромагнитные, сейсмоакустические, ядерно-физические, тепловые). Т.о.
принципы теоретического решения задач - прямых (определение
физических параметров поля по известному геофизическому разрезу) и
обратных (определение физического разреза по наблюденным физическим
параметрам) – одинаковы.
• В сравнение с приповерхностными исследованиями каротаж
характеризуется:
- более высокой детальностью,
- тесной корреляцией с геологическими данными.
• Главные сферы применения каротажа:
- разведка, оценка и добыча УВ сырья,
- рудная разведка,
- гидрогеология.
• Тысячи скважин бурится ежегодно по всему Миру, глубина забуривания
которых от первых метров до 12261 м (СГ-3).
• Экономически главные скважины – нефтяные и газовые, пробуренные с
целью разведки или добычи УВ.

4. Оборудование для комплексных геофизических исследований скважин.

К общему оборудованию каротажной
станции относятся:
источники питания (батарея
аккумуляторов);
приборы для регистрации разности
потенциалов и силы тока;
лебедка, работающая от двигателя
автомобиля и предназначенная для спуска и
подъема каротажного кабеля в скважину (при
каротаже глубоких скважин - более 3 км лебедка устанавливается на отдельном
автомобиле-подъемнике);
блок-баланс, располагающийся вблизи
скважины и предназначенный для
направления кабеля в скважину и
синхронной передачи глубины расположения
: АКС - автоматическая каротажная станция, К индикатора поля на лентопротяжный
каротажный кабель, 1 - источник питания, 2 - приборы
механизм регистратора;
для регистрации разности потенциалов и силы тока, 3 лебедка, 4 - коллектор лебедки, 5 - блок-баланс, 6 одножильный, трехжильный или
глубинный каротажный зонд, 7 - глины, 8 - пески, 9 многожильный кабель в хорошей изоляции. известняки, 10 - изверженные породы

5. Бурение и его влияние на породы

• Физические свойства вблизи скважины часто несут следы влияния
бурения.
• Бурение выполняется вращающимся долотом, которое создает буровую
муку из сланца, песок из песчаника, мелкие обломки из твердой породы.
• Бур прикреплен к низу буровой штанги, состоящей из труб 10-метрового
размера. Иногда вращается вся штанга; чаще – бур вращается буровым
раствором, нагнетаемым турбиной.
• Для каротажа свойства бурового раствора – принципиальны (особенно
сильно р-р влияет на электропроводность):
- т.к. инструмент находится в этой среде;
- т.к. р-р проникает в горную породу и изменяет ее св-ва.

6. Бурение и его влияние на породы

• Такие породы как песчаник действуют как фильтр. Выделяются три зоны по
интенсивности проникновения бурового фильтрата.
• Эти зоны проявляются при проведении каротажа, например, методом
сопротивлений, т.к. имеют разные сопротивления.
• Перед началом добычи УВ скважины обсаживаются металлическими
трубами, которые оказывают большой эффект на каротажные исследования.
Каротаж проводится до обсадки, а иногда и после

7. Наиболее широко используемые методы каротажа

1. Измерения углов наклона пласта, наклона ствола и диаметра скважины.
а) Региональный наклон пласта. Оценить по 3-м скважинам не всегда возможно.
Используется каротажная диаграмма метода сопротивлений или ЕП, содержащая записи
от 3-х электродов, размещенных на зонде под 1200 относительно друг друга (4-й зонд –
на поверхности). Т.к. граница не перпендикулярна стволу скважины – электроды
зафиксируют ее разную глубину по разным электродам.
б) Ориентация скважины и ее наклон отн. вертикали – фотоинклинометр. Распорки
удерживают зонд параллельно стволу и измеряют диаметр. Отклонение шарика от
центра градуированного сферического стекла –отклонение от вертикали. Проекция
шарика на компас –ориентация. Фотокамера со вспышкой, управляемая сверху, ведет
регулярную запись.

8. Наиболее широко используемые методы каротажа (продолжение)

2. Каротаж ЕП.
Используется для:
- оценки глубины проницаемого пласта,
- измерение rk для того, чтобы
рассчитать SУВ (насыщенность УВ).
ЕП в нефтяных скважинах связан с
границами пород с разной концентрацией
флюидов (сланец-песчаник): на границе
пласта сланцев накапливаются
отрицательные ионы кислорода, которые
отталкивают отрицательные ионы солей,
растворенных в воде, позволяя
положительным ионам проходить мимо.
ЕП достигают значений до 100 мВ
(значительно меньше сульфидов).

9. Наиболее широко используемые методы каротажа (продолжение)

3. Каротаж сопротивлений.
• Используется для определения
«водонасыщенности» Sw - части
порового пространства, заполненного
водой. Используется для определения
насыщенности пор углеводородами:
Shc -=1- Sw
Это возможно, т.к. rосадков зависит от
кол-ва воды в порах. Но rосадков зависит
от rводы (в порах) и от величины
пористости.
•Пример. Зонд имеет два
измерительных электрода (M и N) и
один питающий электрод (второй – на
поверхности).
Характерная
система наблюдений

10. Наиболее широко используемые методы каротажа (продолжение)

Гамма и ЕП каротаж в осадочной толще
с чередованием песчаников и сланцев
4. Радиометрический каротаж.
Используется для того, чтобы
определить литологический состав
пород разреза, оценить плотность и
пористость.
Используется две группы
радиометрических методов:
а) Измерение естественной
радиоактивности пород;
б) Измерение излучения,
индуцированного сильным
источником в зонде.
4а) Дает общую природную
радиоактивност, отвечающую
суммарной концентрации U, Th, K.
Сланцы – наиболее р/а, пески- средний Кроме суммарной р/а применяется
ур-нь, доломит, известняк – низко р/а. спектральная гамма-съемка, которая
обеспечивает раздельное определение
концентрации U, Th, K.

11. Радиометрический каротаж с р/а источниками

-
гамма-гамма каротаж (плотностной).
Отношение между числом отсчетов гаммаИсточник (137Cz) расположен на одном концечастиц и плотностью породы
зонда; на другом – сцинтилляционный
прибор. Прибор экранирован т.о., чтобы
излучение не проходило напрямую – только
от пород. Широко используется при
изучении нефтегазоносных структур.
Инструмент калибруется на плотность.
Методы основаны на регистрации рассеянного породой гамма-излучения р/а источника,
помещенного в геологическую среду или на ее поверхность.
Поток рассеянного g-излучения является функцией плотности и атомного номера вещества.
Ф = f(s, Zэф), где: s- плотность, Zэф - атомный номер.
Модификации гамма-гамма метода:
ГГМ-П - комптоновское излучение ( 137Cz и 60Co) зависит преимущественно от s.
Детекторы = газоразрядные и сцинтилляционные счетчики. Применяется при измерении s пород
и руд в естественном залегании (обнажения, стенки горных выработок, скважины).
ГГМ-С – используются изотопы 203Hg, 170Tm, 75Ce, 57Co.
Ф = f(Zа)
Обычно применяется для определения содержания в рудах тяжелых элементов (Pb, W,
Hg, Ba).

12. Радиометрический каротаж с р/а источниками

-
нейтронный или каротаж пористости. Источник (плутоний-бериллиевый)
бомбардирует породы быстрыми нейтронами. Нейтроны замедляются только при
столкновении с атомами сходной массы (водород).
Как только они замедляются столкновениями они поглащаются ядрами тяжелых
атомов. При этом испускается гамма-излучение, которое фиксируется прибором.
Т.к. . водород – составляющая H2O и УВ, то интенсвность излучения отвечает
пористости.
Сущность – регистрация потока замедлившихся нейтронов от помещенного в
изучаемую среду источника быстрых нейтронов.
Распределение тв г.п. замедлившихся до тепловой или надтепловой энергии
нейтронов зависит от водородосодержания среды и присутствия в г.п. элементов с
аномально высокими сечениями захвата нейтронов.
Методы применяются для:
- определения влажности грунтов и почв,
- определения пористости г.п.,
- определения содержаний элементов с высокими сечениями захвата тепловых
нейтронов (B, Mn, Li, Tr, Hg)/
Часто используется в скважинных исследованиях для оценки коллекторских св-в г.п.
Проводятся съемки в м-х 1:25000 и крупнее.

13. Наиболее широко используемые методы каротажа (продолжение)

5. Сейсмический каротаж
–
используется
для
изучения
скоростного
разреза
и
привязки
скоростных границ МОВ.
Прибор работает по схеме
МПВ:
импульсы
производятся на каждом
конце
зонда,
а
принимаются:
- в двух приемниках R1, R3
от нижнего источника;
-и в двух – R2, R4 - от
верхнего.
-Рассчитывается
кажущаяся скорость Vp
породы.
-Частоты – от 20 до 40 кГц.

14.

Наиболее широко используемые методы каротажа
(продолжение)
6. Температурный каротаж.
Применяется для:
- введения поправок в сопротивления,
- выделения литологических границ в связи с их разной теплопроводностью.
7. Магнитный каротаж.
а) метод естественного магнитного поля. Измеряется напряженность
магнитного поля Земли в целях геологического расчленения разрезов и
выявления железосодержащих руд ;
б) метод искусственного магнитного поля . Измеряется отклик среды на поле
магнита в целях геологического расчленения разрезов и выявления
железосодержащих руд .
8. Гравитационный каротаж. Фиксируются аномалии силы тяжести в целях
геологического расчленения разрезов

15.

Каротаж скважин в нефтяной промышленности
•Главные свойства
резервуара – пористость,
проницаемость,
насыщенность УВ. Чтобы
определить интересующие
нас параметры нужно
выполнить широкий
комплекс геофизических
измерений.
Содержание нефти в породе в пределах месторождений в среднем 5%.
Нефть из нефтематеринской породы перемещается в пористые породы (резервуар) в
результате первичной миграции.
• В пределах резервуара нефть перемещается в ловушку – вторичная миграция.
• Наиболее распространенный тип ловушек – антиклинали. Зональность залежи УВ –
внизу нефть, выше –газ.
• Нефтяные бассейны, приуроченные к одной структуре – поле.
Размеры поля – от 5 до 3000 км2. Поле размером 25 км2 может содержать 136 000
млн.тонн.
Бассейны - от 0.5 км2 до n100 км2 с вертик. размером от n10м до n100 м. Обычно
располагаются на глубинах от 0.5 до 3 км. Более 6 км-редко.

16. Каротаж скважин в нефтяной промышленности

• 1. Пористость – часть г.п., выполненная поровым пространством:
- первичная пористость межзернового пространства,
- вторичная пористость – деформации (трещины) или поры,
образованные растворами (известняк).
• Из электроразведки известно, что пористые породы заполненные водой
имеют повышенную электропроводность. Отмечается корреляция
пористости и электропроводности. Электропроводность в большей
степени (в сравнении с содержанием УВ) зависит от содержания воды.
Этот эффект усиливается засолоненностью вод.
• Пористость влияет на плотность и скорость сейсм. волн. Эти
зависимости лежат в основе оценки Приходится применять комбинацию
различных видов каротажа для оценки пористости.
• 2. Насыщенность УВ.
SУВ - часть порового пр-ва, заполненного УВ.
SВода - часть порового пр-ва, зполненного водой.
Чем больше уд. эл. сопр-е, тем больше SУВ, т.к. УВ – изолятор.

17. Каротаж скважин в нефтяной промышленности (продолжение)

• 3. Проницаемость определяется тем, насколько легко флюид проходит
через пласт. В общем сильно зависит от пористости, но не полностью
определяется ей.
- Мелкозернистые г.п. с высокой пористостью обычно имеют низкую
проницаемость, но некоторые г.п. (известняк) с малой пористостью
проницаемы благодаря высокой трещиноватости.
Проницаемость м.б. измерена на образцах в лаборатории; в скважинах
она оценивается по пористости и составу (на основе сопоставления с
аналогичными породами).
Проницаемость измеряется в миллидарси (мд): 1 мд –флюид с вязкостью
в 1 сантипуаз (сп) движется со скоростью 1см/сек под давлением 1 атм.
4. Мощность проницаемых пластов, содержащих нефть, м.б. определена
каротажем по смене интенсивности измеряемых геоф. х-к на границах.
5. Остаточная насыщенность УВ – оценивается в ходе эксплуатации
месторождений методами:
- э/р сопротивлений,
- э/р ЕП,
- геотермии ( т.к. температура влияет на сопротивление).